KAJIAN PENGEMBANGAN KAPAL WISATA BERBASIS ENERGI ALTERNATIF:KOMBINASI LAYAR DAN PANEL SURYA Dedi Budi Purwanto, IKAP Utama1) Teknik Perkapalan,Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Email :
[email protected]
1)
Abstrak Potensi energi alternatif yaitu angin dan matahari dapat dimanfaatkan secara maksimal untuk membantu energi kapal wisata di Madura. Desain lambung yang digunakan adalah tipe monohull dan katamaran pada displasemen yang sama sebesar 6 ton, didapatkan besaran hambatan dengan menggunakan analisa numerik CFD yang diperlukan untuk menghitung kebutuhan daya terhadap kecepatan relatif kapal. Penyelidikan secara numerik dimulai dengan Pre-processing yang meliputi pembuatan geometri benda, dan meshing. tahap pemilihan solver yang meliputi pemilihan boundary-condition, pemilihan model laminar maupun turbulensi aliran, pemilihan jenis fluida dan struktur, dan pemilihan solvingequation bertujuan untuk mendapatkan data gaya-gaya hidrodinamika dan efeknya terhadap lambung kapal maupun layar pada saat menerima aliran fluida. Gaya yang dihasilkan oleh layar dengan bentuk segitiga dengan ukuran lebar sebesar 3 meter dan tinggi sebesar 4 meter, sebesar 0.812 kN. Luasan panel surya yang tersedia untuk kapal monohull sebesar 24m2 mampu memberikan konstribusi power sebesar 3.42 kW, sedangkan untuk tipe katamaran sebesar 54m2 mampu memberikan konstribusi power sebesar 7.7 kW. Kapal monohull dengan L = 12 m, B = 2.4 m, T = 1 m, menggunakan layar dan panel surya memberikan konstribusi kecepatan kapal sebesar 6 knot, sedangkan untuk kapal katamaran dengan ukuran utama L = 12 m , B = 6 m, T = 0.55 m, menggunakan layar dan panel surya memberikan konstribusi kecepatan kapal sebesar 8 knot.. Kata kunci: monohull, katamaran,CFD, power, kecepatan
1.
PENDAHULUAN
Dengan berdirinya jembatan Suramadu yang menghubungkan Pulau Jawa dan Pulau Madura memberikan dampak yang cukup besar dalam pertumbuhan perekonomian di Pulau Madura. Salah satu sektor yang dapat dikembangkan adalah sektor pariwisata, salah satunya Pulau Gili Iyang kini menjadi prioritas BPWS (Badan Pengembangan Wilayah Surabaya-Madura) bersamaKabupatenSumenepdalamkonseppengemb anganpotensikekayaanWisataAlamdanKesehatanS umenep[1] Pengembangan potensi wisata alam yang dipadu dengan wisata kesehatan harus dijaga kemurniannya dalam pengembangannya dan harus memperhatikan berbagai dampak terhadap lingkungan maupun masyrakat sekitar. Penggunaan teknologi yang ramah lingkungan KAPAL, Vol. 12, No.1 Februari 2015
menjadi salah satu gagasan yang perlu dipertimbangkan dalam pencapaian pengembangan ini [2] Pemetaan energi alternatif dari sumber daya alam Indonesia yang telah dilakukan oleh Kementrian ESDM [3], mempunyai potensi sangat besar yaitu angin dan matahari yang sampai sekarang ini belum dimanfaatkan secara maksimal untuk membantu energi kapalwisata di Madura. Kemajuan inovasi teknologi energi alternatif berupa Energi Baru dan Terbarukan (EBT) merupakan tantangan dan peluang yang bagus untuk dikembangkan kapal wisata dengan menggunakan energi baterai dan motor DC dibantu dengan penambahan layar sebagai tenaga penggerak kapal wisata yang efisien dan efektif untuk menggantikan energi dari BBM. Keragaman jenis, bentuk dan ukuran lambung kapal berpengaruh terhadap besaran dan 25
kemampuan tenaga penggerak yang dibutuhkan berbasis energi alternatif kapal wisata yang optimal dan mempunyai performance yang baik untuk kondisi daerah perairan Pulau Gili Iyang. Pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kebutuhan panel surya maupun layar yang digunakan untuk kebutuhan power kapal yang optimal.
Perangkat lunak(CFD) membantu para ilmuwan dan engineer untuk melakukan sebuah ‘eksperiment numerik’ dalam sebuah ‘virtual laboratorium’. Dalam karakteristik aliran, CFD dapat memperlihatkan pola-pola aliran yang lebih detail dana kurat yang akan sulit danmahal, bahkan tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan teknik eksperimen.[3]
2.
METODOLOGI PENELITIAN Data ukuran utama kapal wisata yang beroperasi diperairan Pulau Gili I yang didapatkan dengan cara survey lapangan di pelabuhan penyeberangan rakyat Kecamatan Dungkek KabupatenSumenep menujuPulau Gili Iyang. Bentuk lambung berpengaruh pada gaya-gaya hidrodinamika yang terjadi dan berdampak pada besarnya hambatan yang terjadi pada area kapal secara keseluruhanantara lain: hambatan gesek yang terjadi pada daerah permukaan basah, hambatan gelombang, hambatan appendages (penambahan panel surya dan layar). Dari kesuluruhan hambatan yang terjadi akan digunakan untuk menghitung kebutuhan dayakapal yang dibutuhkan. Analisa dilakukan pada bentuk lambung kapal monohull (gambar 1) yang menyesuaikan dengan kondisi kapal yang ada diperairan Madura, dan pada kapal dengan tipe lambungkatamaran (gambar2)merupakan pengembangan untuk kapalkapal saat ini.
Gambar 3. Flowchart Metodologi Penelitian
Gambar 1. Desainkapalmonohull
Penyelidikan secara numerik dimulai dengan Pre processing yang meliputi pembuatan geometri benda, dan meshing kapal monohull (gambar 4) maupun kapal tipe lambung katamaran (gambar 5).
Gambar 2. Desain kapal katamaran
KAPAL, Vol. 12, No.1 Februari 2015
26
Gambar 4. Proses meshing kapal monohull
Gambar5. Proses meshing kapal katamaran
Langkah berikutnya adalah tahap pemilihan solver yang meliputi pemilihan boundary condition, pemilihan model laminar maupun turbulensi aliran, pemilihan jenis fluida dan struktur, dan pemilihan solving equation. Tujuan yang ingin didapatkan dalam simulasi numerik ini adalah mendapatkan data gaya-gaya hidrodinamika dan efeknya terhadap lambung kapal maupun layar pada saat menerima aliran fluida (gambar 3).
3.
HASIL PENELITIAN
Gambar 6. Grafik Range of wind velocity at Beaufort scale
Untuk daerah perairan didaerah Gili-Iyang Sumenep kecepatan angin berkisar antara 6 sampai 16 knots, dari analisa CFD didapatkan besarnya gaya yang dihasilkan oleh layar dengan bentuk segitiga dengan ukuran lebar sebesar 3 meter dan tinggi sebesar 4 meter dihasilkan gaya sebesar 0,812 kN.
Hambatan total kapal maupun besarnya gaya yang dihasilkan oleh layar, yang diperolah dari hasil analisa CFD dipakai untuk menentukan besarnya kebutuhan daya kapal untuk bergerak. Besarnya hambatan total yang dihasilkan oleh kapal akan berkurang dengan adanya penambahan layar dengan asumsi arah gerak kapal searah dengan arah gerak angin [5]. Untuk mendapatkan gaya yang optimal pada layar harus memperhatikan kekuatan angin yang dapat dilihat pada tabel berikut :
Gambar 7. Analisa layar
KAPAL, Vol. 12, No.1 Februari 2015
27
Gaya yang dihasilkan oleh layar dapat digunakan sebagai bentuk pengurangan hambatan total yang terjadi pada kapal, dengan catatan arah angin yang terjadi pada layar searah dengan arah pergerakan gelombang air lautdankapal. Pemasangan solar panel harus memperhatikan luasan yang dapat dicakup oleh badan kapal, semakin luas area untuk pemasangan solar panel maka nilai power yang didapatkan juga semakin besar, berikut beberapa daftar daya maksimum yang di hasilkan oleh panel surya perluasan panel.
Gambar 8. Karakteristik panel surya
a.
Monohull
kecepatan dan didapatkan nilai gaya yang ditimbulkan oleh lambung terhadap aliran fluida (kecepatan kapal) sehingga akan diperolaeh nilai power yang dibutuhkan oleh kapal. Tabel. Perhitungan power pada kapal monohull.
Dari tabel di atas dapat dibuat grafik hubungan antara kebutuhan power dan kecepatan. Untuk kapal monohull yang telah didesain dapat diperkirakan power yang dihasilkan panel surya dengan luasan 24 m2 sebesar 3.42 kW dan memberikan konstribusi pada kecepatan kapal sekitar 5 knot, sedangkan untuk kapal monohull dengan adanya penambahan layar dan panel surya memberikan konstribusi pada kecepatan sekitar 6 knot.
Gambar 9. Proses Boundary condition kapal monohull
Dari desain ukuran utama kapal monohul didapatkan L = 12 m, B = 2.4 m, T = 1 m, Displasemen = 6 Ton, Luasan Atap yang tersedia : 3 x 8 = 24 m2 Perhitungan hambatan kapal didapatkan dari perhitungan yang dihasilkan oleh CFD dan dilakukan proses simulasi pada tiap variable KAPAL, Vol. 12, No.1 Februari 2015
Gambar 10. Grafik kecepatan vs power kapal monohull
28
b.
Katamaran
Gambar 11. Proses Boundary condition kapal katamaran
Dari desain ukuran utama kapal katamaran didapatkan L = 12 m ,B = 6 m, T = 0.55 m, Displasemen : 6 Ton, Luasan Atap yang tersedia: 9 x 6 = 54 m2. Perhitungan hambatan pada kapal katamaran diberlakukan sama dengan kapal monohull sehingga didapatkan nilai power yang dibutuhkan terhadap variasi kecepatan. Tabel. Perhitungan power pada kapal katamaran
Dari tabel di atas dapat dibuat grafik hubungan antara kebutuhan power dan kecepatan. Untuk kapal katamaran yang telah didesain dapat diperkirakan power yang dihasilkan panel surya dengan luasan 54 m2 sebesar 7.70 kW dan memberikan konstribusi pada kecepatan kapal sekitar 6 knot, sedangkan untuk kapal katamaran dengan adanya penambahan layar dan panel surya memberikan konstribusi pada kecepatan sekitar 8 knot.
KAPAL, Vol. 12, No.1 Februari 2015
Gambar 12. Grafik kecepatan vs power kapal katamaran
4.
KESIMPULAN DAN SARAN
beberapa perhitungan yang telah dilakukan baik untuk kapal dengan tipe lambung monohull maupun katamaran pada displasement yang sama yaitu sebesar 6 ton, didapatkan besaran hambatan/resistance yang diperlukan untuk menghitung kebutuhan daya terhadap kecepatan relatif kapal. a) Gaya yang dihasilkan oleh layar dengan bentuk segitiga dengan ukuran lebar sebesar 3 meter dan tinggi sebesar 4 meter, sebesar 0.812 kN b) Luasan panel surya yang tersedia untuk kapal monohull sebesar 24m2 mampu memberikan konstribusi power sebesar 3.42 kW, sedangkan untuk tipe katamaransebesar 54m2 mampu memberikan konstribusi powersebesar 7.7 kW. c) Kapal monohulldenganL = 12 m, B = 2.4 m, T = 1 m, displasemen: 6 Ton, panel surya memberikan konstribusi kecepatan sebesar 5 knot, dan dengan penambahan layar memberikan konstribusi kecepatan kapal menjadi 6 knot. d) Kapal katamaran dengan ukuran utama L = 12 m ,B = 6 m, T = 0.55 m, displasemen: 6 Ton , panel surya memberikan konstribusi kecepatan sebesar 6 knot, dan dengan penambahan layar memberikan konstribusi kecepatan kapal menjadi8 knot.
29
DAFTAR PUSTAKA [1] BPWS: Dorong Percepatan Infrastrukstur untuk Potensi Wisata Gili Iyang Media Kontraktor Tanggal : 2013-11-25. [2] Lintas Madura Online Pulau Gili Iyang, Jadi Maskot Wisata Kesehatan Dunia 1 mei 2013 [3] Kementeriaan ESDM. 2013. Dukung Kebijakan Energi Nasional dengan Pemetaan Potensi Energi Terbarukan. Diakses dari: http://www.esdm.go.id/news-archives/323energi-baru-dan-terbarukan/6259-dukungkebijakan-energi-nasional-dengan-pemetaanpotensi-energi-baru-terbarukan.html
KAPAL, Vol. 12, No.1 Februari 2015
[4] Hidetaka Senga, An Experimental and Numerical Study on Vortex-induced Vibrations of a Hanging Flexible Riser with Its Top in Irregular Motion, International Journal of Offshore and Polar Engineering (ISSN 1053-5381) Copyright © byThe International Societyof Offshore andPolar Engineers Vol. 15, No. 4, December2005, pp. 274–281 [5] Marchaj, C A,Sail Performance, Techniques to Maximize Sail Power, Revised Edition, Adlard Coles Nautical, London, 2003.
30
